基于BIM技術(shù)的高支模施工安全預警平臺設(shè)計

許文煜,周翠璇,張 弛

(四川師范大學 工學院，四川 成都 610101)

1 構(gòu)建高支模施工安全預警平臺的重要性

《建設(shè)工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導則》和《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》中規(guī)定：高支模是指搭設(shè)高度5 m及以上；搭設(shè)跨度10 m及以上；施工總荷載10 kN/m2及以上；集中線荷載15 kN/m及以上的混凝土模板支撐工程。高支模施工項目是危險性較大的工程項目之一，由于隱患發(fā)展為事故的時間往往很短，導致現(xiàn)場管理人員對高支模施工安全監(jiān)控的難度很大，往往無法及時發(fā)現(xiàn)危險征兆，來不及采取糾正和加固措施，甚至來不及撤離現(xiàn)場施工人員。又因高支模施工項目往往具有大空間、大跨度、大荷載等特點，高支模坍塌事故一旦發(fā)生，往往給人民的生命和財產(chǎn)造成重大的損失。所以在高層建筑日益發(fā)展的背景下，探索高支模施工安全預警的新思路，建立創(chuàng)新型的高支模施工安全預警平臺，對保障高支模施工如期安全的進行具有重要的意義。

2 BIM技術(shù)適用性分析

BIM技術(shù)的實質(zhì)是利用計算機技術(shù)建立包含建筑信息的三維模型，并且可以對成本管理、質(zhì)量管理、安全管理及工程管理進行有效的協(xié)調(diào)，可以大大提高建筑工程的信息集成化水平，為高支模施工所涉及的相關(guān)項目部門提供了一個工程信息交換和共享平臺。基于BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性特點，所搭建的高支模三維模型不僅能對施工過程進行動態(tài)模擬，而且包含大量的建筑信息，這些信息可以實現(xiàn)實時、一致的關(guān)聯(lián)，同時這些信息只需要輸入一次，就可以在工程項目的整個生命周期中與其他軟件進行信息交換、分享。通過這樣的方式能夠讓相關(guān)項目部門的管理人員對整個過程進行更加全面的了解，同時方便管理人員對施工方案所存在的不足進行不斷的優(yōu)化和完善。

3 高支模施工安全隱患預警平臺設(shè)計總思路

3.1 監(jiān)控對象與布點要求

混凝土澆筑過程中對高支模系統(tǒng)關(guān)鍵部位的立桿位移變形、軸力等進行實時檢測，掌握高支模變形的動態(tài)變化，以便于施工人員及時發(fā)現(xiàn)高支模系統(tǒng)所存在的異常問題。①位移變形監(jiān)測。位移變形監(jiān)測點采用水平位移傳感器。監(jiān)測點應設(shè)置于中部受力較大的部位或薄弱部位、模板單元框架頂部四角、四邊中部。②傾斜監(jiān)測。傾斜監(jiān)測點采用雙軸傾角傳感器。監(jiān)測點應設(shè)置于主要支撐體系的支撐點處，如長邊中點、支撐體系四角，以及其他根據(jù)施工特點需要重點關(guān)注的部位。③荷載監(jiān)測。軸力監(jiān)測點采用軸壓傳感器。監(jiān)測點應設(shè)置于受力集中的具有代表性的位置。

3.2 數(shù)據(jù)庫建立

將水平位移傳感器、雙軸傾角傳感器、軸壓傳感器得到的實時數(shù)據(jù)進行分析匯總，了解各類傳感器的API接口，使傳感器所收集的信息經(jīng)過處理過濾，如轉(zhuǎn)換格式等，將收集到的數(shù)據(jù)進行IFC標準化以便將收集到的數(shù)據(jù)與BIM模型載體進行關(guān)聯(lián)。另外，需將收集到的數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)規(guī)范、具體施工項目信息構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)庫，為后期預警系統(tǒng)的搭建提供基礎(chǔ)支持。最后，根據(jù)不同的施工環(huán)境、具體工程需要等條件設(shè)置不同的監(jiān)測頻率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的更新。數(shù)據(jù)庫建立流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫建立流程

3.3 基于Revit的BIM模型搭建

通過Revit軟件構(gòu)建高支模三維實體模型，為后期預警系統(tǒng)的搭建提供可視化、模擬化的基礎(chǔ)。本文對高支模模型的搭建僅針對于層高為6.500 m的一層建筑，進行詳細闡述具體搭建過程?；趓evit搭建高支模模型的具體方法如下。

1)建立標高軸網(wǎng)模型。建立標高0.000 m、6.500 m；建立各個標高的軸網(wǎng)(1-15)、(A-G)、(a 1-a 3)、(aA-aE)。

2)建筑模型的柱、板、剪力墻結(jié)構(gòu)布置。根據(jù)建筑所給的建筑信息在Revit軟件中布置建筑的柱、梁、板、剪力墻結(jié)構(gòu)。對柱子進行布置，布置10根600×600(mm)的柱子；對梁進行布置，布置24根200×650(mm)的梁，布置13根250×650(mm)的梁，布置17根300×650(mm)的梁；對剪力墻進行布置，按圖紙信息在指定地方布置正確長度、厚度、高度的剪力墻。

3)建立腳手架鋼管和扣件族。在Revit軟件中建立扣件式腳手架所需的扣件、鋼管、頂托、墊板、模板模型。收集模型所需數(shù)據(jù)；打開軟件中的創(chuàng)建族選項、公制常規(guī)模型選項，在里面使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、融合、放樣命令創(chuàng)建構(gòu)件。通過賦予構(gòu)件可變化的參數(shù)和可調(diào)整數(shù)據(jù)的公式，來改變構(gòu)件形態(tài)；將創(chuàng)建好的構(gòu)件進行嵌套，形成嵌套族，調(diào)整嵌套族的數(shù)據(jù)生成合適的構(gòu)件模型并載入到建筑模型中，生成高支模建筑模型。高支模模型三維效果圖，如圖2所示。

圖2 高支模模型三維效果圖

3.4 Revit二次開發(fā)流程

本文所涉及的Revit二次開發(fā)以Microsoft Visual Studio2010和Revit插件管理器Add-In Manger共同構(gòu)建開發(fā)環(huán)境。

1)在Visual Studio2010中新建“類庫”項目，并采用c#語言進行代碼的編寫。

2)從Revit安裝目錄中找到RevitAPIUI.dll和RevitAPI.dll兩個程序集并進行添加作為Revit API的引用。為了使生成項目的時候這兩個程序集不會復制到生成目錄中，防止發(fā)生占用空間過大的問題，所以將這兩個程序集的“復制本地”屬性改為“False”。

3)利用RevitAPIUI.dll和RevitAPI.dll兩個程序集，進行以c#語言為基礎(chǔ)的代碼編寫。代碼編寫好之后，進行運行結(jié)果的查看，將編譯通過的代碼生成后綴為addin的文本文件，并進行注冊。

4)打開Revit軟件，進行程序調(diào)試，若運行正常，則無需修改代碼；若運行不正常，則需要修改代碼，直到插件能進行正常的運行。Revit二次開發(fā)的開發(fā)流程如圖3所示。

圖3 Revit二次開發(fā)的開發(fā)流程

4 安全隱患預警階段

預警閾值的制定是保證現(xiàn)場相關(guān)人員及時做出合理預警的關(guān)鍵。開始監(jiān)測后，隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)的不斷變化，自動將數(shù)據(jù)庫所獲得的實時信息與構(gòu)件的BIM高支模三維實體模型進行對比、分析，將預警等級劃分為四個等級：安全、一般警告、較重警告、嚴重警告。當測點在閾值區(qū)間的80%，表示監(jiān)測點狀況良好，構(gòu)件顏色為紫色；當監(jiān)測點在閾值區(qū)間的80%～90%，發(fā)出語音警示，警示級別為一般警告，構(gòu)件顏色為綠色；當監(jiān)測點在閾值區(qū)間的90%～100%，發(fā)出語音警示，警示級別為較重警告，構(gòu)件顏色為黃色；當監(jiān)測點超過閾值時，發(fā)出語音警示，警示級別為嚴重警告，構(gòu)件顏色為紅色。預警評估等級見表1。

表1 預警評估等級表

以位移傳感器獲得的實時數(shù)據(jù)進行對比、分析、判斷為例的高支模施工安全隱患預警系統(tǒng)運行流程如圖4所示。

圖4 高支模施工安全隱患預警系統(tǒng)運行流程圖

5 結(jié) 語

隨著BIM技術(shù)在高支模施工領(lǐng)域的廣泛應用，高支模施工漸趨標準化和規(guī)范化，BIM技術(shù)的運用大大提高了高支模施工的應用效率，但是安全問題一直是最為主要的一個問題，因此，需要前期制定相應的安全預警系統(tǒng)，以保證整個施工過程的安全性。

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